Kuinka diodit toimivat energiapalautejärjestelmissä?

一, Diodien tekniset ominaisuudet: energiapalautteen fyysinen perusta
Diodi on P--tyypin puolijohteesta ja N--tyypin puolijohteesta muodostettu PN-liitosrakenne, ja sen ydinominaisuuksia ovat:

Yksisuuntainen johtavuus: Johtaa eteenpäin esijännitettynä (johtavuusjännitteellä noin 0,6-0,7 V piitransistoreilla ja 0,2-0,5 V Schottky-diodeilla) ja sammuu, kun käänteinen esijännite (vain mikroampeeritason käänteinen vuotovirta).
Nopea kytkentäkyky: Schottky-diodien käänteinen palautumisaika on lähellä nollaa, ja piikarbididiodien (SiC) käänteinen palautumisaika voidaan lyhentää alle 10 nanosekuntiin.
Jännite- ja virtavastusominaisuudet: Teollisuusdiodit kestävät tuhansia voltteja ja niiden transienttivirtavastus ylittää satoja ampeeria.
Näiden ominaisuuksien ansiosta se voi suorittaa kolme ydintoimintoa energian takaisinkytkentäjärjestelmissä:

Oikaisu: Ensimmäinen prosessi, jossa vaihtovirta muunnetaan tasavirraksi energian takaisinkytkennän saavuttamiseksi;
Jatkuva virta: Moottorikäyttö- tai vaihtosuuntaajapiireissä se tarjoaa virtapolun induktiivisille kuormille jännitepiikkien estämiseksi;
Suojaus: Eristä käänteinen jännite estääksesi vaikutukset tehopuolen laitteisiin energian takaisinkytkentäprosessin aikana.
2, Tyypilliset sovellusskenaariot: uusista energiaajoneuvoista teolliseen energian varastointiin
1. Uusi energiaajoneuvojen jarrutusenergian talteenottojärjestelmä
Sähköajoneuvojen jarrutusprosessin aikana pyörännapamoottori siirtyy ajotilasta generointitilaan ja tuottaa kolmivaiheista vaihtovirtaa. Tässä vaiheessa dioditasasuuntaussilta (joka koostuu tavallisesti 6 diodista) muuntaa vaihtovirran tasavirraksi, jota sitten tehostetaan invertterillä ja ladataan tehoakkuun. Toimintalogiikka on seuraava:

Energy management strategy: The brake controller dynamically adjusts the recovery intensity based on the battery SOC (remaining charge). When SOC>80%, peruuta energian talteenotto; Kun SOC<70%, full power recovery occurs.
Diodin valintavaatimukset: Käytä Schottky-diodeja tai SiC-diodeja, joissa on alhainen jännitehäviö vähentääksesi johtavuushäviöitä. Esimerkiksi SiC Schottky -diodien käytön jälkeen tietyssä automallissa jarrutusteho kasvoi 3 % ja toimintasäde kasvoi 5 kilometriä.
Lämmönhallinnan suunnittelu: Korkean virran olosuhteissa diodipakkauksen tulee käyttää alhaista lämpövastusta TO-247 tai DFN8 × 8 yhdistettynä nestejäähdytysjärjestelmään, jotta varmistetaan alle 150 asteen liitoslämpötila.
2. Teollisuuden taajuusmuuttajien energian takaisinkytkentäyksikkö
Laitteiden, kuten hissien ja nostureiden, hidastusvaiheen aikana moottori on generoivassa tilassa ja tuotettu sähköenergia syötetään takaisin DC-väylän kondensaattoriin dioditasasuuntaussillan kautta. Jos energiaa on liikaa, IGBT:n ja diodin yhdistelmää IPM:ssä (Intelligent Power Module) käytetään muuntamaan tasavirta vaihtovirtalähteeksi ja syöttämään se takaisin verkkoon. Sen teknologisia kohokohtia ovat:

Tehokas tasasuuntaus: käyttämällä FRD-diodeja (FRD) tai SiC-diodeja käänteinen palautumisaika lyhenee 1/10:een perinteisistä piiputkista ja kytkentähäviö pienenee 70 %.
Verkon synkronoinnin ohjaus: Käyttämällä vaihe{0}}lukittu silmukka (PLL) -tekniikkaa takaisinkytkentävirta ja verkkojännite synkronoidaan taajuuden ja vaiheen suhteen tehokertoimella, joka on suurempi tai yhtä suuri kuin 0,99.
Suojausmekanismi: TVS (transient Voltage Suppression) -diodi puristaa jännitepiikit estääkseen salamaniskun tai ylijännitteen aiheuttamia vaurioita laitteistolle.
3. Kaksisuuntainen muuntaja energiaa varastoivaan voimalaitokseen
Sähköverkon huippukuormituksen skenaariossa energian varastointijärjestelmä saavuttaa varauksen purkauskytkennän kaksisuuntaisten DC/DC-muuntimien kautta. Diodilla on kaksi roolia tässä prosessissa:

Lataustila: Tasasuuntaajana se muuntaa vaihtovirran tasavirraksi ja varastoi sen akkuun;
Purkaustila: Vapaasti pyörivänä diodina se tarjoaa virtapolun invertteripiirille tasaisen energiantuotannon varmistamiseksi.
Esimerkkinä 20 jalan säiliön energian varastointijärjestelmä, sen BMS (Battery Management System) käyttää 1600-1800 TVS- ja Schottky-diodeja akun tasapainottamiseen, ylijännitesuojaukseen ja paluukytkentään. Trench Schottky -diodien käyttöönoton jälkeen järjestelmän hyötysuhde parani 0,4 % ja yhden laatikon vuotuinen virransäästö ylitti 1000 kWh.